我国煤炭行业发展方式变革方向与路径研究
时间：2023-07-25 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 经济管理 ★
我国煤炭行业发展方式变革方向与路径研究
0 引言
在新发展格局下，随着碳达峰、碳中和战略实施，长期来看，我国煤炭在能源消费结构占比将持续下降，天然气、核电、水电和其他可再生能源快速发展，成为能源供应的重要组成部分。2022年，我国能源消费总量中煤炭占56.2%，比2012年下降11.2个百分点；石油占17.9%，天然气占8.7%；非化石能源占17.2%，比2012年增加8.9个百分点[1]，能源多元化趋势明显，如图1所示。煤炭在能源体系的地位也将发生变化，煤炭行业进入存量发展阶段。
数据来源：历年中国统计年鉴
图1 2012-2022年我国一次能源消费结构变化
与此同时，煤炭资源优势逐步减弱、技术体系逐步落后于整个能源体系、人才吸引力不足等变化，使煤炭行业原有要素驱动体系难以持续。煤炭行业原来的需求拉动、要素驱动变成了需求和要素倒逼，煤炭“平时调峰、战略储备、兜底保障”等新定位，成为行业变革的拉动力。煤炭行业正在经历原有的发展动力体系逐渐削弱、新动力体系逐渐形成的过程。在这个过程中，要求煤炭行业必须做到优化经济结构、提升产出效率、改善资源环境，不断提高内部资源的配置效率，为质量型增长提供新动力，实现从要素驱动到创新驱动的转变[2]。
1 煤炭行业当前发展方式及瓶颈
1.1 需求层面：粗放式发展方式不可持续
受煤炭资源赋存条件限制，我国煤炭资源开发以井工矿为主，资源回收率较低，平均仅为30%～40%，小煤矿甚至更低，远低于以露天矿为主的美国等发达国家80%左右的煤炭资源回收率[3]，粗放式开发造成了大量煤炭资源浪费。同时，煤炭开发不可避免地造成了生态环境损害。我国因采煤区地表塌陷造成的土地破坏总量约为4 000 km2，开采万吨原煤造成的土地塌陷面积平均达0.002～0.003 km2，每年因采煤破坏的土地以300 km2的速度递增。此外，煤矿开采产生矸石占煤炭产量的10%～20%，目前我国煤矸石累计堆存近40亿t，占用土地100 km2[4]。煤炭开采过程还需要使用大量地表水和地下水，也会影响当地的生态系统。近年来，我国煤炭生产重心加快向晋陕蒙新4省(区)集中，产业集中度逐年提高。2022年，4省(区)煤炭产量合计36.9亿t，占全国的80.9%[5]，大规模高强度开发与生态保护矛盾将更加凸显。
1.2 要素层面：难以支撑绿色低碳快速转型
1.2.1 资源：优势减弱
太阳能、风能等新能源由于前期开发程度低，目前已积聚了明显的资源优势。而煤炭资源经过长时间的高强度开发，浅部经济可采资源已大幅度减少，资源优势逐渐减弱。2022年，我国原煤产量45.6亿t，创历史新高。山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、安徽6省(区)原煤产量超亿吨，产量共计39.6亿t，占全国原煤产量的86.8%[5]。2011-2021年，我国煤炭资源勘查投入呈现快速下降趋势，从2012年最高点121.91亿元降至2021年的13.49亿元，下降近90%。煤炭资源勘查投入的快速下降，也为煤炭资源储量进一步提升带来了巨大压力。2022年，可供建矿开采的煤炭储量仅为2 078.85亿t[6]。按照40亿t/a的开发规模，并考虑到回采率等因素影响，预测可供建矿开采的煤炭储量仅能维持25～40 a。
1.2.2 技术：发展水平落后于能源体系
2020年以来，我国加快推进智能化煤矿建设，全国累计建成1 043个智能化采煤工作面、1 277个智能化掘进工作面。然而，我国煤炭智能化开采技术处于起步阶段，智能化矿井建设尚处于初级阶段，存在基础理论研发滞后、技术标准与规范不健全、平台支撑作用不够、技术装备保障不足等问题[7]。与电力、油气相比，煤炭行业在数字化和智能化基础设施建设、技术应用水平等方面存在一定差距，整体水平滞后于整个能源领域。从煤炭产业链来看，黄骅港、天津港等煤炭储运环节全部采用自动化模式，煤炭发电、大型煤化工自动化程度远远高于煤炭开发环节。
1.2.3 人力：人才吸引力不足
随着我国经济的不断发展，经济社会正进入转型阶段，服务业等第三产业快速发展，新技术、新产业、新业态层出不穷，已成为国民经济的第一大产业和经济发展的主动力，对人才的吸引力也越来越强。相比而言，煤炭行业是一个高危艰苦的行业，常年在恶劣的环境中工作，从业人员工作强度高，工资低，津贴、奖金等补贴少，越来越多的人才不愿意选择这种低待遇又艰辛的工作。《中国劳动统计年鉴》显示，煤炭采选业国有单位就业人员的平均工资从2012年的57 308元增长到2021年的93 056元，增长62.3%；全行业国有单位就业人员平均工资则从78 357元增长到115 583元，增长139%。煤炭采选业的人均工资增幅远低于全行业平均水平，煤炭行业对人才的吸引力在不断减弱。
1.3 定位层面：由主体能源向兜底保障转变
1.3.1 平时调峰
燃煤发电与可再生能源发电优化组合，可充分利用燃煤发电的稳定性，为可再生能源平抑波动提供基底，规避可再生能源发电的不稳定性。在化石能源向可再生能源转型的漫长过程中，煤炭将承担更多的调峰功能，从而保障社会发展所需能源的稳定供给。这就要求煤炭要由数量、规模型的自我发展转向柔性、效益型的耦合发展，不再是自身发展越快越好，规模越大越好，而是要适应整个能源体系的需要，需要时快速补上，不需要时低代价降低产量和用量，发挥调峰作用，支撑可再生能源消纳。而当前煤炭开发智能化水平仍处在初级阶段，灵活性、调节能力不足，难以有效快速支撑煤炭发挥调峰作用。
1.3.2 战略储备
随着我国油气对外依存度的不断度攀升，煤炭作为保障我国能源安全的战略储备作用愈发重要。石油对外依存度从2011年的58%上升到2022年的71.2%[8]；天然气对外依存度从2011年的18.4%上升到2022年的40.4%[9]，如图2所示。油气能源过度依赖进口，将带来较大的能源安全风险，一旦国际市场油气价格大幅上涨，我国经济将付出难以承受的成本，势必影响我国的能源安全。此外，中美贸易争端以及俄乌冲突等对我国能源进口带来挑战[10]，更加需要发挥煤炭“压舱石”作用，将能源饭碗牢牢端在自己手中。
数据来源：历年国内外油气行业发展报告
图2 2011-2022年我国石油、天然气对外依存度变化
2 煤炭行业发展格局研判
2.1 发展阶段转换：由成熟期到衰退期
按照行业生命周期理论，可将行业从出现到完全退出经济社会活动所经历的过程分为幼稚期、成长期、成熟期、衰退期4个阶段。
回顾我国煤炭工业的发展历程，1949-1990年是我国煤炭工业的幼稚期，通过技术引进、增加人力投入等途径，不断夯实发展基础，煤炭生产规模不断扩大，煤炭产量从0.32亿t/a增长到10亿t/a左右；1991-2013年是我国煤炭工业的成长期，技术快速进步与资本快速流入推动煤炭生产规模快速增加，煤炭产量快速上升到40亿t/a左右；2014年以来是我国煤炭工业的成熟期，煤炭产量小幅波动，煤炭企业间竞争加剧，推动生产技术水平、安全水平、管理水平提升速度明显加快。未来煤炭需求稳中有降，生产要素倒逼加速，而新定位对煤炭产量增长的拉力有限，煤炭行业将进入生命周期的第4阶段——衰退期，如图3所示。
图3 煤炭行业所处发展阶段示意
2.2 主攻方向转换：由产量增长到质量优化
过去70年，以提升产能和产量为目标，煤炭行业为经济社会发展贡献900多亿t的煤炭；预计存续期内累计产量很难再超900亿t，质量发展优化将成为为主攻方向。按照煤炭产量变化趋势，1949-2013年，煤炭行业基本上处于增量时代；2014年以来，煤炭行业开始进入存量时代。其主要特征是煤炭需求增速放缓，甚至停止增长，不再需要生产更多的煤炭，而是要更符合经济社会发展要求地生产和利用煤炭，煤炭生产仅仅是煤炭行业转型升级的一部分，加工、储运、消费均应实现高质量发展。
2.3 竞争态势转换：由煤炭行业内竞争到能源行业间竞争
当前新能源已开始与煤炭存量竞争，煤炭行业面对的不再是仅由自身发展决定的市场，将由煤炭行业内竞争转向能源行业间竞争，全生命周期成本成为竞争力的衡量指标。
按照经济规律，在存量竞争的买方市场下，满足同样的用能需求，终端用户必将尽可能选择直接成本低的来源。然而，直接成本并不是能源生产和消费的全部成本。随着人们对环境和生物圈的意识逐步增强，对清洁的空气、干净的饮水、宜居的环境等要求越来越高，能源开发利用的环境、社会等外部成本备受重视，并呈现外部成本逐渐内部化的趋势。从全社会来看，生产和消费能源产品本质上是为了满足生产和生活的能源和原料需求，并不是需要能源产品本身，对能源的选择是将能源从资源到最终被完全消耗的全生命周期作为整体来衡量，直接成本附加环境、社会等外部成本后的全生命周期综合成本，正在逐步成为能源竞争的核心因素，如图4所示。
图4 煤炭行业竞争态势转换示意
3 煤炭行业发展方式变革的方向
3.1 煤炭全产业链自身优化发展
通过全过程设计建设、应用新技术新模式等系列措施，提高煤炭开采-加工-储运-利用全过程的安全性、经济性、绿色性，破解资源、资金、人力等常规要素供给下降带来的瓶颈问题。
(1)全过程设计建设。综合考虑煤矿区赋存的所有资源，开展设计-建设-运行-退役全生命周期过程整体规划、设计，矿井建设、运营与煤矿退役后的地下空间综合利用、矿区恢复治理超前对接一体化实施，提高各项工程利用率，减少重复建设，提升煤炭资源开发的全生命周期综合效益。
(2)应用新技术新模式。适应第四次工业革命的发展趋势，将新一代信息技术、人工智能、工业互联网、大数据、云计算等前沿技术深度融入煤炭开采-加工-储运-利用各环节，研发应用探、采、掘、支、运机器人、救灾机器人、智能选煤设备，超低排放煤粉锅炉系统，无人驾驶运输车等智能化和绿色化技术装备，探索新型组织模式，构建适用于数字经济的新型业态，以提高煤炭开发利用各个环节及整体的全要素生产率。
3.2 煤及共伴生资源立体化发展
通过横、纵向延伸，由单一煤炭资源采出拓展为煤炭及共伴生资源综合开发利用，由提供单一的初级产品升级为提供高附加值的多元产品优化组合。
(1)横向。以煤炭资源开发为主体，充分利用技术、设施、空间等优势，向共生资源和伴生资源开发拓展。煤炭与煤层气、矿井水以及煤炭中稀土元素和镓、锂、铀、硒金属元素统筹规划，联合开发，由单一煤炭资源开发拓展为煤炭及共伴生资源综合开发，以大幅度提高开发效率。
(2)纵向。以煤炭资源开发为基础，向选煤加工、分级分质利用、燃煤发电、化工转化等下游延伸，由煤炭资源采出拓展为煤炭开发-利用一体化，煤矿区从单一煤炭供给基地转型升级为煤、热、电、气等多元产品优化联供的综合能源基地。
3.3 煤炭与区域产业、可再生能源融合发展
立足自身特点和所在区位，推进煤炭与可再生能源深度融合，煤炭开发利用与区域产业体系深度融合，破解煤炭行业单纯供应煤炭产品面临的发展空间收缩问题，如图5所示。
图5 融合发展路径示意
(1)与可再生能源深度融合。基于煤炭与可再生能源的天然互补性，推进煤炭与可再生能源深度融合互为支撑，破解各自发展瓶颈。特别是推进煤矿区以煤电为核心，与太阳能发电、风电和水电协同发展，实现多种电力能源的协同高效开发利用。
(2)与区域产业体系深度融合。改变传统煤矿区仅考虑煤炭开采和选煤业等核心产业的做法，以区域经济长期可持续发展为宗旨，统筹设计新型主导产业集群，将煤炭开发利用深度融入区域经济发展，将煤炭资源优势变为集群经济优势，解决传统发展模式引发的问题。
4 煤炭行业发展方式变革的主要路径
4.1 构建智能绿色开发体系
构建煤矿智能绿色开发体系，是新时代煤炭行业高质量发展的战略任务和必由之路。煤矿智能绿色开发体系要求将现代智慧理念，智能开采、绿色开采等技术与煤炭开发融合，构建全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，以实现矿产资源开采、运输、安全保障、矿区治理等过程的智能化运行。通过过程智能化实现结果绿色化，形成煤炭资源智能开发与生态环境协调发展的开发格局。
4.2 健全定制化精准供应体系
充分利用现代信息技术，推进煤炭供应与用户需求的精准对接，提升煤炭质量与用煤设备的适配度，支撑煤炭利用效率提升和污染物减排；进一步依托物联网、大数据等现代信息技术手段，创新煤炭质量精准管理机制，实现针对不同的技术和设备用煤规格提供定制化产品，推进煤炭供给侧与用户侧的精准对接。同时通过深度提质提升煤炭质量，降低灰分、硫分及氯、汞、砷、氟等有害元素含量，依靠产品分级、供应差异化与定制化等多类手段，强化与用煤设备的适配度，进一步提升煤炭燃烧及转化过程的利用效率。通过减少煤耗降低粉尘及硫、氮氧化物等大气污染物排放，促进煤炭清洁利用水平提升，如图6所示。
图6 健全定制化精准供应体系示意
4.3 形成清洁低碳利用模式
推进煤炭消费由燃料向原料转变、由分散利用向集中利用转变，逐步向包括二氧化碳、常规污染物等在内的近零排放迈进，形成清洁低碳消费模式。煤炭利用主要包括电力、钢铁、建材和化工四大领域，如图7所示。随着电力、冶金、建材、炼焦、化工等行业技术进步，煤炭清洁利用水平稳步提高。通过煤炭集中消费，提升整体煤炭利用效率，进一步拓展煤炭原料化和材料化应用途径，实现污染物的超低排放，碳循环资源化利用水平显著提升。
数据来源：中国煤炭工业协会、中国煤炭加工利用协会
图7 2011-2022年不同领域用煤占比变化
4.4 建立矿区立体化开发格局
开展多相资源协同化开采科技攻关，推进煤与共伴生矿产资源、地热资源等能源资源，从地质勘探、开发及利用全生命周期的协同化开发。逐级实现矿区由微观的资源开发和利用，到宏观区域经济一体化的系统化、协调化、立体化开发格局[11]。
(1)在煤矿区资源开发层面，构建资源综合勘查、系统规划、一体化建设运营的煤炭与共伴生资源联合开发模式，提高多种矿产资源综合回收率，增加开发效益，促进煤炭与共伴生资源协同开发。
(2)在煤矿区资源利用层面，结合煤炭及共伴生资源的协同开发，推进煤炭在矿区转化，变煤炭产品直接外售为煤炭深加工产品输出，促进煤炭资源开发利用的一体化。
(3)在煤矿区与区域经济一体化发展层面，立足煤矿区区位和自身资源特点，统筹设计新型主导产业集群，推进煤炭开发利用与区域经济一体化发展，将资源优势变为集群经济优势。矿区立体化开发格局层次如图8所示。
图8 矿区立体化开发格局层次示意
4.5 煤炭与可再生能源组合发展
充分利用采煤沉陷区大力发展光伏发电和风电，打造清洁能源基地。探索通过化学转化、电力、热力等多种方式，实现煤炭与太阳能、风能、水能、生物能等新能源深度耦合发展。可再生能源通过发电制氢，将不稳定能量转化为稳定能量，并提供煤转化过程的用氢需求，以替代原有煤制氢路线，削减碳排放，形成转化利用耦合；太阳能还可与燃煤形成耦合发电，以提升能源互补性；生物质可与燃煤形成耦合发电路径，并与煤形成共转化(如共热解、共气化、共液化)，协同提升利用效率。通过煤炭与新能源耦合利用，有利于煤炭利用碳减排、新能源利用规模提升，实现煤炭与可再生能源组合发展。
5 结语
我国煤炭行业经过几十年的持续快速发展，实现了规模化增长，支撑了经济社会的快速发展。新格局下，煤炭行业发展动力和驱动要素发生了颠覆性变化，预示着煤炭行业进入根本性转折点。以往需求拉动的要素驱动式增长难以为继，特别是在碳达峰、碳中和目标下，加快煤炭行业发展方式的变革较以往任何时候更为迫切。长期形成的惯性模式在短期内难以彻底改变，煤炭行业发展方式变革将是一个长期的、艰难的过程。与此同时，一旦实现变革又将对经济社会发展产生持久的影响。因此，找准我国煤炭行业发展变革的方向，并制定科学合理的目标和路径，对未来我国煤炭行业发展方式变革至关重要。
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Research on direction and path of the transformation of the development mode of China's coal industry
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